CN114205752B - 一种变电站定位基站负载优化的方法及系统 - Google Patents

一种变电站定位基站负载优化的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种变电站定位基站负载优化的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:根据已布置好的基站进行区域划分，并进行编号；步骤S2:根据划分好区域，基于预设约束对每个区域进行网格化处理；步骤S3:构建矩阵表示带定位网格区域属性特征和各元素之间的对应关系；步骤S4:计算变电站内UWB定位基站初始工作状态；步骤S5:根据定位标签的实时位置实时优化调度、调整定位基站的运行状态；步骤S6:将UWB定位基站置于关机状态，进入下一个工作循环。本发明能够最大限度的节省定位基站能耗，减少不必要的通信，节约资源，提高能源利用效率。

Description

一种变电站定位基站负载优化的方法及系统
技术领域
本发明涉及变电站能耗优化领域，具体涉及一种变电站定位基站负载优化的方法及系统。
背景技术
随着定位技术的持续发展，诸如UWB、RFID、Zigbee、WIFI等基于通信技术的定位技术在变电站工程内的应用日益广泛，为了实现精准的人员和装备定位，需要在变电站内部署一定数量的定位基站，定位基站的数量与变电站的电压等级、规模、占地面积和数量成正比，我国电力系统规模庞大，拥有数量众多的变电站，若全部部署定位基站，所带来的通信能耗也十分巨大，若能有效减少定位基站的功耗，其节能降耗的规模势必十分可观，节能减排潜力巨大。研究变电站定位基站负载优化问题，能够进一步推动无碳变电站的建设与实现，助力碳达峰碳中和目标的实现。
定位基站节能有多种方式，包括硬件节能和软件节能，其中硬件节能技术主要有提高功放效率、提高设备集成度等，软件节能技术主要有闲时载频关断、时隙关断和业务量分配优化等。此外，还有使用可再生能源(太阳能、风能)为定位基站供电等间接节能的技术。现阶段在实现变电站工程人员与装备的通信定位过程中，并未能够充分考虑定位基站的节能问题，导致大量的定位基站节能潜力并未被挖掘。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变电站定位基站负载优化的方法及系统，根据定位基站的特点充分考虑变电站工程现场定位需求，通过将定位基站设置成待机和工作模式，最大限度地节省定位基站能耗，减少能源消耗。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种变电站定位基站负载优化的方法，包括以下步骤：
步骤S1:根据已布置好的基站进行区域划分，并进行编号；
步骤S2:根据划分好区域，基于预设约束对每个区域进行网格化处理；
步骤S3:构建矩阵表示带定位网格区域属性特征和各元素之间的对应关系；
步骤S4:计算变电站内UWB定位基站初始工作状态；
步骤S5:根据定位标签的实时位置实时优化调度、调整定位基站的运行状态；
步骤S6:将UWB定位基站置于关机状态，进入下一个工作循环。
进一步的，所述步骤S1具体为：根据场地内已布置的能够监测整个场地的定位基站进行划分，依据UWB定位的原理，采用常规的定位计算方法，定位标签能够同时接收到3个基站的通信信号即可实现定位，将所述3个基站连接起来，形成若干个三角形的区域，并对所形成的三角形区域依次从小到大编号。
进一步的，所述步骤S2具体为：根据预设工程实际计算的需要及精度范围，判断需要实现定位功能的区域是否位于定位基站的有效覆盖范围内，并对各个区域进行网格化处理，即将区域划分成若干个正方形网格。
进一步的，所述对需求定位网格区域用标识进行标记，具体为：所述对各个网格区域用标识符进行标记，具体为：根据区域网格分割结构，如果该网格区域内部全是电气设备或建、构筑物，则该区域不需要定位，设置定位需求标识符F＝0，否则设置定位需求标识符F＝1。
根据权利要求1所述的一种变电站定位基站负载优化的方法，其特征在于，所述求解最优待机状态，具体为：
构建一个矩阵C表示定位基站连接成的各个区域与定位基站的关联性，如元素Ci,j＝1表示区域j与定位基站i有关联，Ci,j＝0表示区域j与定位基站i无关联；
再构建一个矩阵B表示定位基站连接成的各个区域与各个区域的边界线之间的关联性，如元素Cl,j＝1表示区域j与边界线l有关联，Cl,j＝0表示区域j与边界线l无关联。
进一步的，所述步骤S4具体为：
定义矩阵A表示定位区域与定位网格之间的关联性，其中行表示定位区域，列表示定位网格，如元素Ak,j＝1表示该区域j与定位网格k有关联，Ak,j＝0表示该区域j与定位网格k无关联；
定位区域与定位网格之间的关联性确定如下，当定位网格的中心位于定位区域内时，则认为该定位网格属于该定位区域，否则则认为该定位网格不属于该定位区域。
定位基站初始工作状态采用如下原则：
(1)对于变电站室外区域围墙四周布置的定位基站，均处于待机状态，对于变电站室内区域的某个室内房间，仅需离门最近的定位基站处于待机状态，当多个定位基站与门的距离相等时，可选择任意一个定位基站处于待机状态；之后进行(2)；
(2)在(1)的基础上，对于变电站室外或室内的某个区域，根据编号从低到高遍历每个区域，之后遍历每个区域下的每个网格，当该网格的定位需求标识符F＝1且位于一个及以上定位基站的信号覆盖范围内时，则对该区域内的下一个网格重复进行(2)，否则进入(3)；(3)当区域内存在网格的定位需求标识符F＝1且并未被定位基站的信号覆盖范围内时，则从上到下搜索矩阵C的所对应该区域的列，从上到下唤醒1台并未处于待机状态的基站，将其设置为待机状态，之后返回(2)；
(4)当每个区域内的每个网格都得到遍历后，得到的各个定位基站的运行状态即为变电站内UWB定位基站的初始状态。
进一步的，所述步骤S5具体为：根据权利要求1所述的一种变电站定位基站负载优化的方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：
通过定位标签这一时刻的位置和上一时刻的位置得到持有该定位标签的运动方向，当定位标签此时的位置与其运动方向上的区域边界距离小于一个预先设置好的阈值d的时候，唤醒定位标签运动方向上相邻区域内的定位基站做好定位准备；当定位标签进入到该相邻区域后，且上一时刻所处区域内无其他定位标签且无其他定位标签的运动方向上的相邻区域是该区域时，将该区域内的定位基站置于待机状态。
当某定位基站首次收到一个定位标签发出的信息后，唤醒与该定位基站相连的定位基站。若此时实现对该定位标签的定位，保持此次唤醒的定位基站中与定位标签距离最近的定位基站的状态为唤醒，将其他定位基站的状态恢复成原先的状态；若此时仍未实现对该定位标签的定位，则继续选定首次收到该定位标签发出信息的定位基站，唤醒与该定位基站相连的定位基站，如此反复。
一种变电站定位基站负载优化系统，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，具体执行如上所述的定位基站负载优化方法中的步骤。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明采用微元法，基于网格化处理的思想，将研究的区域划分成若干个正方形网格，用网格中心点到定位基站的距离来判断该网格区域整体是否位于基站的有效覆盖范围内；
2、本发明通过设置定位基站间以及定位基站与场地分割区域间的相互联系有效地根据定位标签的运动方向调整定位基站的状态(唤醒、待机或关闭)，该过程无需复杂的数学模型即可动态达到定位基站能耗优化的目的。
3、本发明无需变电站工程内所有定位基站均处于开启的状态，可采用本发明提出的方法实时、动态地调整定位基站的工作状态，达到节能降耗的目的。
附图说明
图1是本发明一实施例中UWB定位原理示意图；
图2是本发明一实施例中UWB定位基站变电站区域分割示意图；
图3是本发明一实施例中UWB定位基站局部示例图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本发明提供一种变电站定位基站负载优化的方法，包括以下步骤：
步骤S1:根据场地内已布置的能够监测整个场地的定位基站进行划分；
依据UWB定位的原理，采用常规的定位计算方法，定位标签能够同时接收到3个基站的通信信号即可实现定位；
将所述3个基站连接起来，形成若干个三角形的区域，并对所形成的三角形区域依次从小到大编号。
为了便于表述，对已划分的三角形区域进行编号，根据相对位置关系逐行从左到右遍历依次递增编号，如图2所示。
步骤S2:根据划分好区域，基于预设约束对每个区域进行网格化处理；
在本实施例中，为了工程实际计算的需要，同时保证精度达到有效范围，判断需要实现定位功能的区域是否位于定位基站的有效覆盖范围内，对需要实现定位功能的区域进行网格化处理，即将区域划分成若干个正方形网格，网格的边长越小，表示网格越密，计算的精度越高。
步骤S3:构建矩阵表示带定位网格区域属性特征和各元素之间的对应关系。
在本实施例中，对于变电站进行区域网格分割，如果该网格区域内部全是电气设备或建、构筑物，则该区域不需要定位，设置定位需求标识符F＝0，否则设置定位需求标识符F＝1。
构建一个矩阵C表示定位基站连接成的各个区域与定位基站的关联性，行表示定位基站，列表示区域，如元素Ci,j＝1表示区域j与定位基站i有关联，Ci,j＝0表示区域j与定位基站i无关联；以图3所示的UWB定位基站局部示例图为例，按照上述要求，针对该区域的矩阵C就可以表示如下：
再构建一个矩阵B表示定位基站连接成的各个区域与各个区域的边界线之间的关联性，其中行表示定位基站与定位基站之间的连接线，列表示区域，如元素Cl,j＝1表示区域j与边界线l有关联，Cl,j＝0表示区域j与边界线l无关联。
以图3所示的UWB定位基站局部示例图为例，按照上述要求，针对该区域的矩阵B就可以表示如下：
步骤S4:计算变电站内UWB定位基站初始工作状态。
定义矩阵A表示定位区域与定位网格之间的关联性，其中行表示定位区域，列表示定位网格，如元素Ak,j＝1表示该区域j与定位网格k有关联，Ak,j＝0表示该区域j与定位网格k无关联；
定位区域与定位网格之间的关联性确定如下，当定位网格的中心位于定位区域内时，则认为该定位网格属于该定位区域，否则则认为该定位网格不属于该定位区域。
定位基站初始工作状态采用如下原则：
(1)对于变电站室外区域围墙四周布置的定位基站，均处于待机状态，对于变电站室内区域的某个室内房间，仅需离门最近的定位基站处于待机状态，当多个定位基站与门的距离相等时，可选择任意一个定位基站处于待机状态；之后进行(2)；
(2)在(1)的基础上，对于变电站室外或室内的某个区域，根据编号从低到高遍历每个区域，之后遍历每个区域下的每个网格，当该网格的定位需求标识符F＝1且位于一个及以上定位基站的信号覆盖范围内时，则对该区域内的下一个网格重复进行(2)，否则进入(3)；
(3)当区域内存在网格的定位需求标识符F＝1且并未被定位基站的信号覆盖范围内时，则从上到下搜索矩阵C的所对应该区域的列，从上到下唤醒1台并未处于待机状态的基站，将其设置为待机状态，之后返回(2)；
(4)当每个区域内的每个网格都得到遍历后，得到的各个定位基站的运行状态即为变电站内UWB定位基站的初始状态。
该初始状态结果可作为变电站每一天开始运行时各个定位基站的初始状态。
步骤S5:根据定位标签的实时位置实时优化调度、调整定位基站的运行状态。
通过定位标签这一时刻的位置和上一时刻的位置得到持有该定位标签的运动方向，当定位标签此时的位置与其运动方向上的区域边界距离小于一个预先设置好的阈值d的时候，唤醒定位标签运动方向上相邻区域内的定位基站做好定位准备；当定位标签进入到该相邻区域后，且上一时刻所处区域内无其他定位标签且无其他定位标签的运动方向上的相邻区域是该区域时，将该区域内的定位基站置于待机状态。
当某定位基站首次收到一个定位标签发出的信息后，唤醒与该定位基站相连的定位基站。若此时实现对该定位标签的定位，保持此次唤醒的定位基站中与定位标签距离最近的定位基站的状态为唤醒，将其他定位基站的状态恢复成原先的状态；若此时仍未实现对该定位标签的定位，则继续选定首次收到该定位标签发出信息的定位基站，唤醒与该定位基站相连的定位基站，如此反复。
步骤S6:将UWB定位基站置于关机状态，进入下一个工作循环。
优选的，由于一天中某些时段变电站内及基本是无人活动的状态，如19:00至6:00，那么在这段时间定位基站处于低负载或者无负载状态下，在这种状态下可关闭基站耗能器件进入节能状态，在非该时段时重新将UWB定位基站的初始状态置为步骤4中的结果。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种变电站定位基站负载优化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:根据已布置好的定位基站进行区域划分，并对每个区域编号；
步骤S2:根据划分好的区域，基于预设约束对每个区域做网格化处理；
步骤S3:构建矩阵分别表示定位基站与各网格区域、各区域边界线之间的对应关系；
步骤S4:计算变电站内UWB定位基站初始工作状态；
步骤S5:根据定位标签的实时位置实时优化调度、调整定位基站的运行状态；
步骤S6:将UWB定位基站置于关机状态，进入下一个工作循环；
所述步骤S4具体为：
定义矩阵A表示定位区域与定位网格之间的关联性，其中行表示定位区域，列表示定位网格；
定位区域与定位网格之间的关联性确定如下，当定位网格的中心位于定位区域内时，则认为该定位网格属于该定位区域，否则则认为该定位网格不属于该定位区域；
定位基站初始工作状态采用如下原则：
(1)对于变电站室外区域围墙四周布置的定位基站，均处于待机状态，对于变电站室内区域的某个室内房间，仅需离门最近的定位基站处于待机状态，当多个定位基站与门的距离相等时，可选择任意一个定位基站处于待机状态；之后进行(2)；
(2)在(1)的基础上，对于变电站室外或室内的某个区域，根据编号从低到高遍历每个区域，之后遍历每个区域下的每个网格，当该网格的定位需求标识符F＝1且位于一个及以上定位基站的信号覆盖范围内时，则对该区域内的下一个网格重复进行(2)，否则进入(3)；
(3)当区域内存在网格的定位需求标识符F＝1且并未被定位基站的信号覆盖范围内时，则从上到下搜索矩阵C的所对应该区域的列，从上到下唤醒1台并未处于待机状态的基站，将其设置为待机状态，之后返回(2)；
当每个区域内的每个网格都得到遍历后，得到的各个定位基站的运行状态即为变电站内UWB定位基站的初始状态。
2.根据权利要求1所述的一种变电站定位基站负载优化的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：根据场地内已布置的能够监测整个场地的定位基站进行划分，依据UWB定位的原理，采用常规的定位计算方法，定位标签能够同时接收到3个基站的通信信号即可实现定位，将所述3个基站连接起来，形成若干个三角形的区域，并对所形成的三角形区域依次从小到大编号。
3.根据权利要求1所述的一种变电站定位基站负载优化的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：根据预设工程实际计算的需要及精度范围，判断需要实现定位功能的区域是否位于定位基站的有效覆盖范围内，并对各个区域进行网格化处理，即将区域划分成若干个正方形网格。
4.根据权利要求1所述的一种变电站定位基站负载优化的方法，其特征在于，对各个网格区域用标识符进行标记，具体为：根据区域网格分割结构，如果该网格区域内部全是电气设备或建、构筑物，则该区域不需要定位，设置定位需求标识符F＝0，否则设置定位需求标识符F＝1。
5.根据权利要求1所述的一种变电站定位基站负载优化的方法，其特征在于，求解最优待机状态，具体为：
构建一个矩阵C表示定位基站连接成的各个区域与定位基站的关联性；
再构建一个矩阵B表示定位基站连接成的各个区域与各个区域的边界线之间的关联性。
6.根据权利要求1所述的一种变电站定位基站负载优化的方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：
通过定位标签这一时刻的位置和上一时刻的位置得到持有该定位标签的运动方向，当定位标签此时的位置与其运动方向上的区域边界距离小于一个预先设置好的阈值d的时候，唤醒定位标签运动方向上相邻区域内的定位基站做好定位准备；当定位标签进入到该相邻区域后，且上一时刻所处区域内无其他定位标签且无其他定位标签的运动方向上的相邻区域是该区域时，将该区域内的定位基站置于待机状态。
7.根据权利要求1所述的一种变电站定位基站负载优化的方法，其特征在于，当某定位基站首次收到一个定位标签发出的信息后，唤醒与该定位基站相连的定位基站；若此时实现对该定位标签的定位，保持此次唤醒的定位基站中与定位标签距离最近的定位基站的状态为唤醒，将其他定位基站的状态恢复成原先的状态；若此时仍未实现对该定位标签的定位，则继续选定首次收到该定位标签发出信息的定位基站，唤醒与该定位基站相连的定位基站，如此反复。
8.一种变电站定位基站负载优化系统，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，具体执行如权利要求1-7任一项所述的一种变电站定位基站负载优化的方法。
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